深部煤层地下煤气化原位点火的CFD模拟

地下煤气化(Underground Coal Gasification,UCG)作为一种新型采煤技术受到了广泛的关注,但UCG的实验成本较高,在开展UCG实验之前应当对煤层的演变机理进行深入的探究。计算流体力学(Calculated Fluid Dynamics,CFD)可以凭借计算机强大的计算能力,以较为低廉的成本模拟UCG的生产过程。采用Ansys公司开发的CFD软件Fluent模拟了1000 K烟气加热下深部煤层的原位加热着火过程,重点分析了温度、氧气摩尔分数和孔隙度的变化。结果表明,泵入500 s的1000 K烟气不足以点燃煤层,1000 s的烟气加热时间足以点燃煤层,该结果在时间上与劳伦斯实验室的点火时间相当。在煤层内表面,高温主要集中在靠近入口0~0.6 m内的煤层。着火前的最高温度低于加热烟气入口温度1000 K,而着火后的最高温度超过1000 K,最高温度约1250 K。O_(2)在高温区几乎全部消耗,而在其他温度较低的区域,到达煤层内表面的氧气摩尔分数不到2%。高温区孔隙度迅速增长,在1000 s时部分煤层孔隙度可达0.9左右。在煤层内部,煤层越厚,温度上升越低。在1000 s和2000 s时,7 cm线上煤层的最高温度仅为500 K左右,远低于相同加热时间下煤层内表面的最高温度。在2000 s的点火过程中,渗入7 cm和14 cm煤层中的氧气较少,内部煤层孔隙度均在0.4以下。较低的孔隙度是由较低的温度和较低的氧气摩尔分数共同造成的。对温度、氧气摩尔分数和孔隙度的模拟可为如何促进煤层内部的反应提供参考。

基于CFD模拟的带压火焰射流辐射热阻断效果评估

为评估防火墙作为安全屏障对带压火焰射流辐射热的阻断效果,结合CFD模拟和个人风险计算建立热阻断效果定量评估方法。以某化工企业乙烯反应塔泄漏产生的带压火焰为研究对象,利用FLACS软件模拟得到对于储罐表面受到热辐射影响相对最大的位置处(观测点1)原始场景和增加防火墙后,带压火焰作用于邻近储罐的热辐射强度,并计算多米诺效应概率和个人风险值。研究结果表明:原始场景下该位置热辐射强度为310.69 kW/m^(2),事故会扩展到邻近储罐,并产生多米诺效应,多米诺效应概率为7.14×10^(-6);增加防火墙后该位置热辐射强度降低为24.69 kW/m^(2),约为原始场景热辐射的1/13,此时无多米诺效应产生;原始场景下个人风险值为2.11×10^(-9),增加防火墙后为6.33×10^(-13),减小4个数量级,表明防火墙对带压火焰射流辐射的热阻断效果显著。研究结果可为化工企业安全策略构建提供一定理论参考。

基于BIM与CFD模拟的空调制冷机房水力优化

高效的输配系统是高效空调制冷机房的重要组成部分,空调制冷机房的水力优化对于降低水泵输送能耗的意义重大.本文针对某空调制冷机房原设计方案管路局部阻力偏大的问题提出水力优化方案,基于建筑信息模型(building information model,BIM)技术对原设计方案与优化方案进行对比分析.通过计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟对优化方案中并联斜三通内部流动进行分析,得到其实际的流动阻力.优化后的机房在设计工况下的冷冻水系统阻力比原方案减少39.64%,冷却水系统阻力比原方案减少29%.该方案可为类似的工程设计提供参考依据.

基于CFD模拟技术的北方住宅小区风环境优化研究

本文基于CFD(计算液体力学)模拟技术,研究北方住宅小区风环境中的相关问题。本次研究选取保定最早的两个住宅小区(花园里与四里营社区),通过对小区内部建筑排列形式的模拟与研究,探讨不同布局和设计方案对1.5m高度风环境对人的影响。本研究提出了两种方案,实验结果表明混合式的单一中庭小区布局更适合该地的气象情况,更能改善住宅小区行人高度的风环境质量。

基于CFD模拟的弧形闸门流场优化与减阻设计

本论文以弧形闸门为研究对象,对弧形闸门的流场特性及优化和减阻设计做了较为深入的研究。首先对弧形闸门流场基本性质进行分析,并揭示其存在问题。接下来,提出了一系列有针对性的优化方案,这些方案涵盖了形状的优化、材料的选择以及涂层技术等多个方面,旨在减少阻力并优化流体动力学。通过实验案例分析对优化策略进行验证,显示出不同试验工况下减阻效果及流场改善效果。研究表明:优化弧形闸门可明显提高运行效率及稳定性。最后对今后弧形闸门流场优化及减阻设计研究趋势进行展望,并提出进一步探讨新策略及技术手段,为实际工程中弧形闸门设计及操作提供有益借鉴及指导。

进水流道CFD模拟在防洪排涝泵站设计中的应用研究

对于防洪排涝泵站的设计,泵站前池和进水池是影响泵站安全稳定运行的关键要素,合理的泵站进水流道设计可以使泵站进水流态更加顺畅,最大程度地减少水力损失,提升水泵装置工作效率,提高泵站的经济效益,保障其安全可靠的运行。本研究以罗家路一期泵站改扩建工程为例,借助CFD(Computational Fluid Dynamic,计算流体动力学)技术对泵站的进水流态进行分析,优化设计方案,提供更科学的运行方式。同时进水流道布置型式及尺寸可供相近参数的立式混流泵泵站工程设计参考。

泥屑流对悬跨管线冲击力峰值特性的CFD模拟

海底管线作为运输海底油气资源的重要通道,有着生产安装方便、运输距离远、运输效率高等优势,被广泛应用于海洋油气工程。该文使用计算流体动力学方法研究海底泥屑流对悬跨高度为一倍管线直径状态下管线的冲击作用。通过在管线背冲击侧增大加密网格区域的方法,对比常规模型,讨论使用加密网格模型的必要性。模拟结果表明:对于管线法向受力,当雷诺数为92.3时,两种模型计算得到的管线法向受力的峰值力基本相同,在曲线后段,加密模型表现出小幅度的周期性振动;当雷诺数为276.17时,受涡流脱落影响,加密网格模型计算得到的法向受力曲线有明显波动,法向受力峰值出现在泥屑流完全包裹管线的冲击阶段,大小为常规网格密度模型的1.4倍;对于管线竖向受力,当雷诺数为92.3时,加密模型与常规网格密度模型的计算结果有一定差异;当雷诺数为276.17时,两种模型计算结果有明显差异,加密模型管线竖向受力峰值可达普通模型的5倍。加密模型可以较好地分析雷诺数较大条件下管线的受力情况。

基于CFD模拟的四川省凉山州典型区域风能资源及风机排布最优间距研究

本文利用四川省凉山州会东县、美姑县以及盐源县三个典型区域内测风塔数据,通过CFD技术对典型区域进行风能资源微尺度模拟,并进行详细风资源分析以及风机排布最优间距分析。结果表明:区域内年平均风速大值区基本位于山脊;山区环境湍流大于平地,湍流高值区出现在地形变化复杂地带;风切变的极大值区一般位于山坡处。其中,美姑地区山脊100 m高度年平均风速在7 m/s以上,湍流值位于0.09~0.34之间,山脊处的平均风切变指数为0.19;盐源地区山脊100 m高度年平均风速在5 m/s以上,平均湍流值位于0.13~0.45之间,山脊处平均风切变指数为0.14;会东地区100 m高度年平均风速在8 m/s以上,平均湍流值位于0.11~0.38之间,山脊处平均风切变指数为0.21。通过综合考虑主风向上下游风机间尾流效应以及工程量,以度电成本为最优,得出凉山州会东县某区域的风力发电机组最优间距为5.7D(D为风轮直径)。

住宅空调室外机散热CFD模拟分析

论述空调室外机设置的设计分析,以绿色建筑发展及设计合理性参考和建议。随着气候变暖,生活水平提高,室外环境美学和室内舒适性生活环境需得到共存,居住环境通过空调解决室内温湿度舒适问题,其室外机设置给建筑美学带来一定挑战,通过对空调室外机方案CFD模拟分析,供新建建筑技术性、实用性落地,实现绿色节能降碳设计参考。

地下停车场火灾情况下射流风机通风系统的CFD模拟研究

随着城市化进程的加速,地下停车场火灾事故日益增多,如何有效排除地下停车场烟雾以及降低火灾事故对人们生命财产的影响已成为迫切需要解决的问题。射流风机通风系统作为一种新型地下室通风技术,在火灾期间和火灾后具有清除烟雾和保障安全的潜力,本文采用CFD计算流体动力学模拟方法,研究埃及国家首都中央商务区地下停车场的射流风机通风系统,主要研究目标是验证地下室射流风机通风系统是否能有效地负一层和负二层区域的停车场抽出烟雾,并在火灾或紧急情况下通过CFD计算机模拟,在规定时间内达到温度和能见度的维持标准。

基于CFD模拟的城市公共图书馆自然通风设计分析

城市公共图书馆作为文化服务的重要场所,其安静、舒适的室内环境对于阅读者的学习和思考来说至关重要.文章应用CFD软件对图书馆建筑室外风环境及采用中庭建筑形式的图书馆室内自然通风效果进行数值模拟,根据模拟出的场地风速及建筑外立面风压分析场地的室外风环境,并根据模拟出的室内气流组织分布及空气龄分析室内环境质量.通过模拟结果得出,合理的中庭设计能有效改善城市公共图书馆建筑的室内自然通风效果,且能降低过渡季空调能耗,从而为节能减排做贡献.

19通道多孔陶瓷膜渗透过程的CFD模拟

Based on Darcy’s law, a CFD model of permeate process in 19-channel ceramic membrane was established.The pure water flux (PWF) of ceramic membranes was predicted by the CFD model with the finite volume method.By using this method, the simulated PWF of 19-channel ceramic membrane was in good agreement with experimental results.The contributions of each channel to the total PWF of 19-channel ceramic membranes depended on the mean pore size of membrane as well as on the distance of the channel from the membrane outer surface.CFD modeling is an essential tool in designing the configuration of ceramic membrane.

板式蒸发式冷凝器两相降膜流动CFD模拟及传热研究

建立了气-液两相流二维计算流体力学(CFD)模型,运用Fluent软件对板式蒸发式冷凝器板束中气-液两相的逆流、并流两种操作进行了模拟,直观地表征了板束中喷淋水流量、风速及风向对水膜流动的影响,并用水蒸气对两种操作进行了传热实验研究.模拟分析得出的结论与实验结果吻合甚好,表明空气与水并流比逆流更有利于利用液体薄膜强化传热的特性.

采空区瓦斯流动规律的CFD模拟

采用CFD数值模拟方法对采空区瓦斯流动及分布规律进行了研究.阐明了计算流体力学CFD模拟的理论基础,介绍了运用FLUENT程序开发CFD模型的方法,并运用所开发的CFD模型对张北矿11418工作面采空区瓦斯流动规律以及地面钻孔抽放条件下瓦斯流动规律进行了模拟,模拟结果表明:采空区回风巷侧的最大瓦斯浓度可达80%.同时表明:采用CFD模型研究采空区瓦斯流动规律是可行的方法之一.

采空区瓦斯渗流规律的CFD模拟

对瓦斯在煤层中流动、在邻近煤层和围岩中流动规律进行分析;总结出采空区瓦斯分布规律。引入地质变化连续函数,更加准确地建立了采空区瓦斯渗流模型,利用CFD软件进行模拟解算,研究了采空区瓦斯渗流场变化规律,并通过对比确定了一种计算模型。研究表明:采用CFD模型研究采空区瓦斯渗流规律是可行的方法之一。

连通容器气体爆炸流场的CFD模拟

跟单个容器或管道相比,连通容器内气体爆炸会导致较高的爆炸压力和压力上升速率,以至于很多装置或设备不能承受而造成人员伤亡和财产损失。连通容器内气体爆炸强度增加主要是跟气体流动与燃烧过程有关,研究该类气体爆炸机理就必须从爆炸流场着手。本文利用大型计算流体动力学软件FLUENT对气体爆炸流场进行了数值模拟,获得了气体爆炸流场中温度、压力、速度、密度和燃烧速率随时间的变化规律,模拟结果能够比较清晰地反映出气体爆炸的整个过程。研究表明,连通容器中气体燃烧和流动引起未燃气体的压缩和湍流以及湍流诱导的喷射燃烧是系统中气体爆炸强度增加的主要原因,而管道在湍流诱导的喷射火焰中扮演非常重要的角色。

独头巷道射流通风流场CFD模拟研究

独头巷道压入式通风是有限空间的受限贴附射流。独头巷道通风风流流场是通风理论和通风设计的基础。笔者根据流体动力学和射流理论 ,建立了独头巷道压入式受限贴附射流通风的紊流k -ε数学模型 ,分析了计算边界条件 ,并应用计算流体动力学 (CFD)的方法模拟了独头巷道射流通风流场 ,从理论上得出了独头巷道有限空间受限贴附射流通风的规律 ,为研究独头巷道合理并有效通风提供了新的理论依据。

机械搅拌生物反应器的CFD模拟及其在发酵生产乳酸中的应用

用计算流体力学(CFD)方法中的Mixsim模拟3L机械搅拌生物反应器中不同搅拌转速对搅拌流场的影响,结果显示Mixsim软件可以很好的模拟机械搅拌生物反应器工作过程中的流场变化。在高转速下,剪切速率较大,菌丝体98%以上为菌丝体小球,直径在0.1～0.3mm,菌体生长速度慢,产乳酸质量浓度较低;低转速下产生的剪切速率较小,菌体大部分为菌丝形态,产乳酸质量浓度较高,但是大量菌丝不利于后期发酵的进行。在400r/min下米根霉发酵产乳酸质量浓度最高,为106.7g/L,菌体80%以上为1.0～1.5mm左右的菌丝球,通过CFD模拟得到该条件下的剪切速率最大值为1.58m/s。

基于CFD模拟的绿色建筑自然通风优化设计研究

自然通风是重要的绿色建筑被动式设计策略,对于节能减排、提高建筑环境舒适度和改善室内空气品质等方面具有至关重要的作用。计算流体动力学(简称CFD)是近代流体力学、数值数学和计算机科学结合的产物,将其运用在绿色建筑设计领域,能够为更精确地预测设计方案的建筑风环境提供依据,建筑师结合建筑技术科学的相关知识与模拟的结果进行分析,进而多方案比选和优化建筑设计方案。从总体布局、建筑形体、围护界面3个层面通过CFD风环境模拟来进行建筑自然通风优化的方法与实例研究,为建筑风环境的优化设计提供思路。

地铁侧式站台空调气流CFD模拟

为给侧式站台的气流组织设计提供依据,评价气流组织设计方案,确定合适的送风温差以优化侧式站台空调系统的设计,建立了典型侧式站台的三维几何模型,用标准k ε湍流模型作为站台气流的物理模型,按实测的站台热湿负荷设定数值模拟的边界条件,对地铁侧式站台空调系统进行了CFD(计算流体力学)模拟.温度场模拟结果与实际测试的站台温度场吻合,这表明在合理的简化条件下,采用标准k ε湍流模型的计算流体力学能较准确地模拟和预测地铁侧式站台的温度场,为侧式站台空调系统的气流组织设计提供依据.